JPH06216634A - 電磁結合マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンテナ素子の広帯域性を維持しつつ、良好
な電気的特性を得ることができる電磁結合マイクロスト
リップアンテナを提供すること 【構成】 スロット１３が設けられた地導体板１２と、
地導体板１２の一方側に設けられスロットに給電するマ
イクロストリップ線路１５と、地導体板１２の他方側に
設けられたパッチアンテナ１７とを具備し、パッチアン
テナ１７のうちスロット１３に対向する面を、他の面に
比べて地導体板１２に近接させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁結合マイクロスト
リップアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】これからのアンテナには、ビーム走査、
ビーム形成、低サイドローブ化などのさまざまな性能が
要求される。このためには、ＬＮＡ（低雑音増幅器）、
ＨＰＡ（高出力増幅器）や移相器を有するアクティブア
レーアンテナが必要である。また、航空機や自動車など
の移動体用への需要も期待される。このためには、給電
回路なども含めたアレーアンテナを小型・薄型に構築す
ることも要求される。

【０００３】このようなアンテナの小型・薄型化に対し
ては、マイクロストリップアンテナを用いることで対処
が可能である。また、マイクロストリップアンテナを用
いることで、給電線路の構築に対して、半田付けなどの
電気的接続が不要で製造の容易化・低価格化が図れるマ
イクロストリップ系の給電線路を利用することができ
る。

【０００４】図１５および図１６は従来の電磁結合マイ
クロストリップアンテナのうちスロット結合を用いたも
のを示しており、２枚の誘電体基板１、２間にスロット
３が設けられた地導体板４を形成するとともに、その表
裏にパッチアンテナ５とマイクロストリップ線路６とを
形成してなるものである。

【０００５】また、図１７および図１８は従来の電磁結
合マイクロストリップアンテナのうち近接結合を用いた
ものを示しており、２枚の誘電体基板７、８間にマイク
ロストリップ線路９を形成するとともに、その表裏にパ
ッチアンテナ１０と地導体板１１とを形成してなるもの
である。

【０００６】ところで、Ｌ帯（１．５ＧＨｚ帯）の衛星
移動体通信などに要求される帯域幅は５％から１０％で
あるが、通常の誘電率２．６で厚さ１．６mmの誘電体基
板を用いたマイクロストリップアンテナでは帯域として
１％程度しか得られない。

【０００７】したがって、上記の程度に広帯域化を図る
ためには、誘電体基板の誘電率を１．６程度まで低く
し、厚さを１５mm程度にまで厚くする必要がある。

【０００８】しかしながら、このような誘電体基板を用
いると、スロット結合を用いたマイクロストリップアン
テナでは、スロット長をパッチ径と同程度にしなければ
５０Ωの特性インピーダンスを有する給電線路と整合し
なくなるため、アンテナ特性を劣化させるという問題を
生じる。すなわち、このようなスロット長が長いスロッ
トはアンテナと同様に動作して、パッチアンテナ側への
放射と同程度の放射がマイクロストリップ線路側へも生
じ、アンテナの利得の低下と不要な放射を生じさせるか
らである。なお、このような後方（マイクロストリップ
線路側）への不要放射を防止するため、反射板を設けた
り、トリプレート給電線路を設けることが考えられる。
しかし、反射板を設けた場合には、反射板を使用周波数
の１／４波長離れた位置に設ける必要があるため、給電
系が厚くなるという問題がある。また、トリプレート給
電線路を設けた場合には、パラレルプレートモードの発
生によって給電線路間の不要な相互結合や不要放射が生
じ、アンテナの電気特性に悪影響を及ぼすという問題が
ある。

【０００９】また、近接結合を用いたマイクロストリッ
プアンテナでは、上記したような１５mm程度の厚い誘電
体基板を用いると、給電線路を介してパッチアンテナを
励振できなくなり、アンテナとして動作しなくなるとい
う問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の電磁
結合マイクロストリップアンテナでは、広帯域化を図る
ためには、誘電体基板の誘電率を低くして厚さを厚くす
る必要があるが、このような誘電体基板を用いると、ス
ロット結合を用いたマイクロストリップアンテナでは、
給電線路と整合のためスロット長をパッチ径と同程度に
しなければならないため、アンテナ特性を劣化させると
いう問題を生じ、近接結合を用いたマイクロストリップ
アンテナでは、給電線路を介してパッチアンテナを励振
できなくなり、アンテナとして動作しなくなるという問
題がある。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、アンテナ素子の広帯域性を維持しつ
つ、良好な電気的特性を得ることができる電磁結合マイ
クロストリップアンテナを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明は、スロットが設けられた地導体版と、
この地導体板の一方側に設けられ前記スロットに給電す
るマイクロストリップ線路と、前記地導体板の他方側に
設けられたパッチアンテナとを具備する電磁結合マイク
ロストリップアンテナにおいて、前記パッチアンテナの
うち前記スロットに対向する面が、他の面と比べて前記
地導体板に近接していることを特徴とする。 また、第
２の発明は、マイクロストリップ線路と、このマイクロ
ストリップ線路の一方側に設けられた地導体板と、前記
マイクロストリップ線路の他方側に設けられたパッチア
ンテナとを具備する電磁結合マイクロストリップアンテ
ナにおいて、前記パッチアンテナのうち前記マイクロス
トリップ線路に対向する面が、他の面と比べて前記マイ
クロストリップ線路に近接していることを特徴とする。

【００１３】

【作用】第１の発明では、パッチアンテナのうちスロッ
トに対向する面を、他の面と比べて地導体板に近接させ
ているので、スロットを短くしつつパッチアンテナを励
振でき、給電線路の特性インピーダンスとの整合を得る
ことができる。

【００１４】また、第２の発明では、パッチアンテナの
うちマイクロストリップ線路に対向する面を、他の面と
比べて前記マイクロストリップ線路に近接させているの
で、広帯域性を維持しつつパッチアンテナを励振するこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１６】図１は本発明の一実施例に係るスロット結
合を用いたマイクロストリップアンテナの概念的斜視
図、図２は平面図、図３は正面断面図である。

【００１７】これらの図において、１２は地導体板を示
しており、そのほぼ中央にはスロット１３が設けられて
いる。

【００１８】この地導体板１２の一方側には、第１の誘
電体基板１４を介してスロット１３に給電するマイクロ
ストリップ線路１５が設けられている。

【００１９】また、この地導体板１２の他方側には、第
２の誘電体基板１６を介して円形のパッチアンテナ１７
が設けられている。

【００２０】このパッチアンテナ１７の中央部には、円
柱形状に陥没する円柱形状部１７ａが設けられている。
つまり、パッチアンテナ１７は、円柱形状部１７ａと、
残りの円環形状部１７ｂとからなる。

【００２１】この円柱形状部１７ａの底面の径は、スロ
ット１３の長さを越えるものとされている。

【００２２】また、円環形状部１７ｂと地導体板１２と
の間の間隔ｈ1 は、所望の帯域を満たすものとされ、円
柱形状部１７ａと地導体板１２との間の間隔ｈ2 は、ｈ
1 よりも短いものとされている。

【００２３】次に、このように構成されたマイクロスト
リップアンテナの動作を説明する。一般に、スロット結
合のマイクロストリップアンテナにより広帯域化を実現
する場合、誘電体基板の厚さを厚くしなければならない
が、誘電体基板を厚くすると、スロット長が長くなる。

【００２４】すなわち、スロット結合のマイクロストリ
ップアンテナでは、図４および図５に示すように、スロ
ット長を長くすると、共振周波数は低下し、入力インピ
ーダンスは増加する。また、誘電体基板の厚さが異なる
場合、スロットのない状態で共振周波数が同じになるよ
うにパッチアンテナの半径を決定しかつスロット長を一
定とした場合、誘電体基板の厚さが厚くなるほど共振周
波数が低下する割合は低下し、入力インピーダンスが増
加する割合は低下する。

【００２５】一方、マイクロストリップアンテナの場
合、図６に示すよう、基本モードで動作させた場合、パ
ッチアンテナのエッジ部分の電界が強くなるように励振
される。したがって、パッチアンテナのエッジ部分の電
界を変化させなければパッチアンテナの帯域は大きく変
化しない。つまり、パッチアンテナのエッジ部分に対応
する誘電体基板の厚さを変化させなければ広帯域性は確
保できる。

【００２６】したがって、本実施例のマイクロストリッ
プアンテナのように、パッチアンテナ１７のうちスロッ
ト１３に対向する面、すなわち円柱形状部１７ａの底面
と地導体板１２との間隔ｈ2 を、パッチアンテナ１７の
エッジ部分、すなわち円環形状部１７ｂと地導体板１２
との間隔ｈ1 より短くすれば、スロット１３を短くしつ
つパッチアンテナ１７を励振でき、給電線路の特性イン
ピーダンスとの整合を得ることができる。

【００２７】次に、本発明の他の実施例を説明する。

【００２８】図７は本発明の他の実施例に係る近接結合
を用いたマイクロストリップアンテナの概念的斜視図、
図８は平面図、図９は正面断面図である。

【００２９】これらの図において、１８はマイクロスト
リップ線路である。

【００３０】このマイクロストリップアンテナ１８の一
方側には、第１の誘電体基板１９を介して地導体板２０
が設けられている。

【００３１】また、マイクロストリップ線路１８の他方
側には、第２の誘電体基板２１を介して方形状のパッチ
アンテナ２２が設けられている。

【００３２】パッチアンテナ２２とマイクロストリップ
線路１２との間隔ｈ１は、所望の帯域を満たすものとさ
れている。

【００３３】また、パッチアンテナ２２のうちマイクロ
ストリップ線路１８と対向する面２２ａは、コの字状に
陥没している。つまり、陥没面２２ａとマイクロストリ
ップ線路１８との間隔ｈ2 は、パッチアンテナ２２の他
の面とマイクロストリップ線路１８との間隔ｈ1 より短
いものとされている。

【００３４】次に、このように構成されたマイクロスト
リップアンテナの動作を説明する。一般に、近接接合の
マイクロストリップアンテナにより広帯域化を実現する
場合、パッチアンテナとマイクロストリップ線路との間
の誘電体基板の厚さを厚くしなければならない。これ
は、マイクロストリップ線路がパッチアンテナに近い
と、特性インピーダンス５０Ωの線路幅が広がり、フィ
リンジング量が大きくなり、給電線路からの不要放射が
増え、アンテナ特性を劣化させるからである。

【００３５】しかし、これらの誘電体基板の厚さを厚く
すると、マイクロストリップ線路が地導体板に相対的近
づき、地導体板がマイクロストリップ線路として動作し
てパッチアンテナが励振されなくなる。

【００３６】そこで、本実施例のマイクロストリップア
ンテナのように、パッチアンテナ２２のうちマイクロス
トリップ線路１８に対向する面、すなわち陥没面２２ａ
の底面とマイクロストリップ線路１８との間隔ｈ2 を、
パッチアンテナ２２の他の面との間隔ｈ1 より短くすれ
ば、広帯域性を維持しつつパッチアンテナ励振すること
ができる。

【００３７】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能であ
る。

【００３８】例えば、上述した実施例では、パッチアン
テナがそれぞれ円形状、方形状の場合について説明した
が、パッチアンテナはいかなる形状であって構わない。

【００３９】また、スロット結合のマイクロストリップ
アンテナの実施例においては、パッチアンテナ１７のう
ちスロット１３に対向する面を、他の面と比べて地導体
板１２に近接させるため、パッチアンテナ１７の中央部
に円柱形状部１７ａを設けていたが、これが例えば図１
０に示すように逆円錐形状、図１１に示すように逆円錐
台形状、図１２に示すように多段構造形状などであって
もよい。同様に、スロット結合のマイクロストリップア
ンテナにおいては、図１３に示すように１段構造形状、
図１４に示すように多段構造形状などであってもよい。

【００４０】またさらに、円柱形状部１７ａなどの空間
部に、誘電体や金属があっても構わない。

【００４１】本発明に係るアンテナは、エッチングなど
の写真技術により製造可能であるが、基板の誘電率が低
いことから、基板に発砲材などを用い、この発砲材の基
板について前もってパッチアンテナに相当する部分をく
りぬいておき、くりぬき部分に金属のプレスなどで簡単
に製造したパッチアンテナを置くようにすれば、製造の
容易化、低価格化が実現できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アンテナ素子の広帯域性を維持しつつ、良好な電気的特
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るスロット結合を用いた
マイクロストリップアンテナの概念的斜視図である。

【図２】本発明の一実施例に係るスロット結合を用いた
マイクロストリップアンテナの平面図である。

【図３】本発明の一実施例に係るスロット結合を用いた
マイクロストリップアンテナの正面断面図である。

【図４】スロット長と共振周波数との関係を示すグラフ
である。

【図５】スロット長と入力抵抗との関係を示すグラフで
ある。

【図６】パッチアンテナに対する電界の状態を示す図で
ある。

【図７】本発明の一実施例に係る近接結合を用いたマイ
クロストリップアンテナの概念的斜視図である。

【図８】本発明の一実施例に係る近接結合を用いたマイ
クロストリップアンテナの平面図である。

【図９】本発明の一実施例に係る近接結合を用いたマイ
クロストリップアンテナの正面断面図である。

【図１０】本発明の変形例を示す平面図である。

【図１１】本発明の変形例を示す平面図である。

【図１２】本発明の変形例を示す平面図である。

【図１３】本発明の変形例を示す平面図である。

【図１４】本発明の変形例を示す平面図である。

【図１５】従来のスロット結合を用いたマイクロストリ
ップアンテナの平面図である。

【図１６】従来のスロット結合を用いたマイクロストリ
ップアンテナの正面断面図である。

【図１７】従来の近接結合を用いたマイクロストリップ
アンテナの平面図である。

【図１８】従来の近接結合を用いたマイクロストリップ
アンテナの正面断面図である。

【符号の説明】

１２…地導体板、１３…スロット、１４…第１の誘電体
基板、１５…マイクロストリップ線路、１６…第２の誘
電体基板、１７…パッチアンテナ、１７ａ…円柱形状
部、１７ｂ…円環形状部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットが設けられた地導体版と、この
   地導体板の一方側に設けられ前記スロットに給電するマ
   イクロストリップ線路と、前記地導体板の他方側に設け
   られたパッチアンテナとを具備する電磁結合マイクロス
   トリップアンテナにおいて、 前記パッチアンテナのうち前記スロットに対向する面
   が、他の面と比べて前記地導体板に近接していることを
   特徴とする電磁結合マイクロストリップアンテナ。
2. 【請求項２】 マイクロストリップ線路と、このマイク
   ロストリップ線路の一方側に設けられた地導体板と、前
   記マイクロストリップ線路の他方側に設けられたパッチ
   アンテナとを具備する電磁結合マイクロストリップアン
   テナにおいて、 前記パッチアンテナのうち前記マイクロストリップ線路
   に対向する面が、他の面と比べて前記マイクロストリッ
   プ線路に近接していることを特徴とする電磁結合マイク
   ロストリップアンテナ。